DE112017002262T5 - Designing FIR filters with global minimax optimal magnitude response - Google Patents
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Abstract
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen Mechanismen bereit, die eine Gestaltung eines FIR-Filters ermöglichen, das eine garantierte global optimale Betragsantwort hinsichtlich des Minimax-Optimalitätskriteriums bei gewünschter Gewichtung auf dem Fehler in dem Sperrband gegenüber dem Durchlassband aufweist. Die Gestaltung eines solchen Filters basiert auf einem Theorem („Charakterisierungstheorem“), das einen Ansatz zum Charakterisieren der globalen Minimax-Optimalität eines gegebenen FIR-Filters h[n], n=0, 1, ..., N bereitstellt, weil die Optimalität mit Bezug auf eine Betragsantwort dieses Filters, |H(e)|, im Vergleich zu der gewünschten Filterantwort, D(ω), beurteilt wird, die Eins in dem Durchlassband und Null in dem Sperrband ist. Das Charakterisierungstheorem ermöglicht das Charakterisieren einer Optimalität für sowohl realwertige als auch komplexwertige Filterkoeffizienten und erfordert keinerlei Symmetrie in den Koeffizienten, wodurch es auf alle nichtlinearen Phasen-FIR-Filter anwendbar ist.Embodiments of the present disclosure provide mechanisms that enable a design of an FIR filter having a guaranteed global optimal magnitude response with respect to the minimax optimality criterion, with the desired weighting on the error in the stopband versus the passband. The design of such a filter is based on a theorem ("characterization theorem") which provides an approach for characterizing the global minimax optimality of a given FIR filter h [n], n = 0, 1, ..., N, because the Optimality with respect to an magnitude response of this filter, | H (e) |, as compared to the desired filter response, D (ω), which is one in the passband and zero in the stopband. The characterization theorem allows characterizing an optimality for both real and complex valued filter coefficients and does not require any symmetry in the coefficients, thereby being applicable to all non-linear phase FIR filters.
Description
Querverweis auf verwandte AnmeldungenCross-reference to related applications
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/330,084, eingereicht am 30. April 2016 mit dem Titel „DESlGNlNG FIR FILTERS WITH GLOBALLY MINIMAX-OPTIMAL MAGNITUDE RESPONSE“, und der US-Gebrauchspatentanmeldung mit der Seriennummer 15/271,487, eingereicht am 21. September 2016 mit dem Titel „DESlGNlNG FIR FILTERS WITH GLOBALLY MINIMAX-OPTIMAL MAGNITUDE RESPONSE“, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.This application claims the benefit and priority of US Provisional Patent Application Serial No. 62 / 330,084, filed April 30, 2016, and entitled "DESIGNALING FIR FILTERS WITH GLOBALLY MINIMAX-OPTIMAL MAGNITUDE RESPONSE", and US Serial Number Serial Number Application No. 15 / 271,487 filed Sep. 21, 2016, entitled "DESIGNAL FIR FILTERS WITH GLOBALLY MINIMAX-OPTIMAL MAGNITUDE RESPONSE", which is hereby incorporated by reference in its entirety.
Technisches Gebiet der OffenbarungTechnical field of the disclosure
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet digitaler Signalverarbeitung, insbesondere das Gestalten von FIR-Filtern (FIR: Finite Impulse Response - endliche Impulsantwort).The present invention relates to the field of digital signal processing, in particular the design of Finite Impulse Response (FIR) filters.
Hintergrundbackground
Wie wohlbekannt ist, ist ein elektromagnetischer Empfänger eine elektronische Vorrichtung, die elektromagnetische Wellen in einem gewissen Frequenzbereich empfängt und die Informationen, die durch diese Wellen getragen werden, in irgendeine Art von verwendbarer Form umwandelt. Zum Beispiel empfängt ein Empfänger, der typischerweise als ein „Funkempfänger“ bezeichnet wird, elektromagnetische Wellen in dem Funkbereich von näherungsweise 3 Kilohertz (kHz) bis 300 Gigahertz (GHz). Alle Empfänger verwenden Antennen, um die Wellen zu erfassen und sie in Wechselstrom(AC: Alternating Current)-Signale umzuwandeln, und elektronische Filter, um die Signale in dem gewünschten Frequenzband von allen anderen Signalen zu separieren, die durch die Antenne erfasst werden können. Im Zusammenhang von Empfängern werden unterschiedliche Frequenzbänder manchmal als „Kanäle“ bezeichnet.As is well known, an electromagnetic receiver is an electronic device which receives electromagnetic waves in a certain frequency range and converts the information carried by these waves into any kind of usable form. For example, a receiver, typically referred to as a "radio receiver," receives electromagnetic waves in the radio range from approximately 3 kilohertz (kHz) to 300 gigahertz (GHz). All receivers use antennas to detect the waves and convert them into alternating current (AC) signals and electronic filters to separate the signals in the desired frequency band from all other signals that can be detected by the antenna. In the context of receivers, different frequency bands are sometimes referred to as "channels".
Selektivitätsleistungsfähigkeit eines Empfängers verweist auf ein Maß der Fähigkeit des Empfängers, den gewünschten Frequenzbereich (als ein „Durchlassband ΩP“ von Frequenzen ω bezeichnet) von ungewollten störenden Signalen zu separieren, die bei anderen Frequenzen (als ein „Sperrband ΩS“ von Frequenzen ω bezeichnet) empfangen werden. Mit anderen Worten definiert Selektivität, wie effektiv ein Empfänger nur auf das Signal von Interesse reagieren kann, auf das er abgestimmt ist (d. h. das Signal in dem gewünschten Frequenzband), und Signale in anderen Frequenzen unterdrücken kann.Selectivity performance of a receiver refers to a measure of the ability of the receiver to separate the desired frequency range (termed a "passband Ω P " of frequencies ω) from unwanted spurious signals occurring at frequencies other than a "stopband Ω S " of frequencies ω to be received). In other words, selectivity defines how effectively a receiver can only respond to the signal of interest it is tuned to (ie the signal in the desired frequency band) and can suppress signals in other frequencies.
Filter können in Abhängigkeit davon, welche Kriterien zur Klassifizierung verwendet werden, in unterschiedliche Gruppen klassifiziert werden. Zwei Haupttypen digitaler Filter sind digitale FIR-Filter (FIR: endliche Impulsantwort) und digitale IIR-Filter (IIR: Infinite Impulse Response - unendliche Impulsantwort), wobei jeder Typ seine eigenen Vorteile und Nachteile hat.Filters can be classified into different groups depending on which classification criteria are used. Two major types of digital filters are FIR (Finite Impulse Response) and IIR (Infinite Impulse Response) filters, each with its own advantages and disadvantages.
Ein FIR-Filter wird gestaltet, indem Koeffizienten und Filterordnung gefunden werden, die gewisse Vorgaben erfüllen können. Mit anderen Worten verweist bei einer Filtergestaltungsumgebung „Filtergestaltung“ auf das Bestimmen einer Filterordnung N und das Bestimmen von Werten von (N+1) Koeffizienten h[n] eines Filters, die die ideale Antwort approximieren würden, die durch die Vorgaben sowohl in dem Durchlassband als auch in dem Sperrband definiert wird. In diesem Zusammenhang ist eine Filterordnung N eine positive ganze Zahl und für jeden Koeffizienten ist n eine ganze Zahl einer Folge aufeinanderfolgender ganzer Zahlen von 0 bis N (d. h. n=0, 1, ..., N). Dementsprechend können für ein Filter zweiter Ordnung (d. h. N=2) Koeffizienten als h[0] und h[2] bezeichnet werden.An FIR filter is designed by finding coefficients and filter orders that can meet certain specifications. In other words, in a filter design environment, "filter design" refers to determining a filter order N and determining values of (N + 1) coefficients h [n] of a filter that would approximate the ideal response given by the constraints in both the passband as well as defined in the stopband. In this context, a filter order N is a positive integer, and for each coefficient, n is an integer of a sequence of consecutive integers from 0 to N (i.e., n = 0, 1, ..., N). Accordingly, for a second-order filter (i.e., N = 2), coefficients may be referred to as h [0] and h [2].
Die Vorgaben einer idealen Antwort, die ein Filter erfüllen soll, der gestaltet wird, werden typischerweise basierend auf der gewünschten Selektivitätsleistungsfähigkeit eines Empfängers ausgedrückt. Solche Vorgaben könnten hinsichtlich einer Frequenzantwort H(ejω) ausgedrückt werden (d. h. einer Fourier-Transformation der Impulsantwort h[n]), die mit dem Durchlassband ΩP und dem Sperrband ΩS von Frequenzen versehen wird, um die gewünschte Betragsantwort D(ω) zu approximieren:
Eine weitere Vorgabe könnte eine gewünschte Gewichtungsfunktion Wdes(ω) (wobei der Index „des“ eine Abkürzung für „desired“ (gewünscht) ist) aufweisen, die den relativen Schwerpunkt des Fehlers in dem Sperrband im Vergleich zu dem Durchlassband vorgibt. Insbesondere könnte die Gewichtungsanforderung ausgedrückt werden als
Viele FIR-Filtergestaltungsverfahren existieren, wie z. B. ein Fenstergestaltungsverfahren, Frequenzabtastverfahren, eine Gestaltung der gewichteten kleinsten Quadrate, ein Parks-McClellan-Verfahren usw., die alle versuchen, bei den Filterkoeffizienten h[n] eines Filters anzukommen, das eine ideale Filterantwort, die durch die Vorgaben bereitgestellt wird, am besten approximiert. Manche dieser Verfahren können garantieren, dass für einen gegebenen Wert der Filterordnung N und gewisse Bedingungen, die für h[n] auferlegt werden, das Ergebnis die für diese Bedingungen bestmögliche Approximation ist. Zum Beispiel führt das Anwenden eines rechteckigen Fensters der Größe N+1 auf die ideale Filterantwort zu der besten Approximation hinsichtlich des quadratisch gemittelten Fehleroptimalitätskriteriums. Ein anderes Beispiel ist, dass, falls das Filter darauf begrenzt ist, um seinen Mittelindex symmetrisch zu sein, das Parks-McClellan-Filtergestaltungsverfahren die beste Minimax-Approximation ergibt, d. h., den maximalen Fehler minimiert. Jedoch verbleibt das Finden von Koeffizienten für FIR-Filter mit nichtlinearen Phaseneigenschaften, d. h. für die allgemeinste Form von FIR-Filtern, bei der die Phasenantwort eines Filters eine nichtlineare Funktion der Frequenz sein kann, eine Herausforderung, falls das Optimalitätskriterium das Minimieren des maximalen Fehlers ist. Verbesserungen könnten mit Bezug auf das Behandeln eines oder mehrerer dieser Probleme erfolgen. Many FIR filter design methods exist, such as. A windowing method, frequency sampling method, weighted least squares design, a Parks-McClellan method, etc., all of which attempt to arrive at the filter coefficients h [n] of a filter providing an ideal filter response provided by the constraints, best approximated. Some of these methods can guarantee that for a given value of the filter order N and certain conditions imposed for h [n], the result is the best possible approximation for these conditions. For example, applying a rectangular window of size N + 1 to the ideal filter response results in the best approximation in terms of the root mean square error optimality criterion. Another example is that if the filter is constrained to be symmetric about its center index, the Parks-McClellan filter design method yields the best minimax approximation, ie, minimizes the maximum error. However, finding coefficients for FIR filters with nonlinear phase characteristics, ie, for the most general form of FIR filters, where the phase response of a filter may be a nonlinear function of frequency, remains a challenge if the optimality criterion is to minimize the maximum error , Improvements could be made with respect to addressing one or more of these problems.
Figurenlistelist of figures
Um ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Offenbarung und der Merkmale und Vorteile davon zu vermitteln, wird nun auf die folgende Beschreibung Bezug genommen, die in Verbindung mit den begleitenden Figuren erfolgt, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile repräsentierten, in welchen gilt:
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1A veranschaulicht ein Beispiel für eine Betragsantwort (|H(ejω)|, d. h. des Absolutwerts) der Frequenzantwort (Fourier-Transformation) des Filters h[n] als eine Funktion von ω gemäß manchen Ausführungsformen der Offenbarung; -
1B veranschaulicht ein Beispiel für eine Frequenzantwort (P(ejω))) einer Folge p[n] als eine Funktion von ω gemäß manchen Ausführungsformen der Offenbarung; -
2 veranschaulicht ein Beispiel für eine Frequenzantwort (G(ejω))) einer Folge g[n] als eine Funktion von ω gemäß manchen Ausführungsformen der Offenbarung; -
3 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen von Koeffizienten h[n] eines FIR-Filters der Ordnung N mit einer Minimax-optimalen Betragsantwort |H(ejω)| gemäß manchen Ausführungsformen der Offenbarung bereit; -
4 stellt eine schematische Veranschaulichung eines Empfängers gemäß manchen Ausführungsformen der Offenbarung bereit; und -
5 stellt ein Blockdiagramm dar, das ein beispielhaftes Datenverarbeitungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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1A FIG. 12 illustrates an example of an magnitude response (| H (e jω ) |, ie, the absolute value) of the frequency response (Fourier transform) of the filter h [n] as a function of ω according to some embodiments of the disclosure; -
1B illustrates an example of a frequency response (P (e jω ))) of a sequence p [n] as a function of ω, in accordance with some embodiments of the disclosure; -
2 illustrates an example of a frequency response (G (e jω ))) of a sequence g [n] as a function of ω according to some embodiments of the disclosure; -
3 FIG. 10 illustrates a flowchart of a method for calculating coefficients h [n] of an order N-FIR filter with a minimax optimal magnitude response | H (e jω ) | according to some embodiments of the disclosure; -
4 provides a schematic illustration of a receiver according to some embodiments of the disclosure; and -
5 FIG. 12 is a block diagram illustrating an exemplary data processing system according to an embodiment of the present disclosure. FIG.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der OffenbarungDescription of embodiments of the disclosure
Herausforderungen mit Minimax-Optimalität für generische FIR-FilterMinimax optimality challenges for generic FIR filters
Ein Minimax-Optimalitätskriterium betrifft das Minimieren des Maximalwertes des Fehlers. Bei einer Filtergestaltungsumgebung (d. h., wenn Koeffizienten eines Filters berechnet werden) wird ein gestalteter Filter typischerweise die ideale Antwort sowohl in dem Durchlassband als auch dem Sperrband zu einem gewissen Ausmaß approximieren. Des Weiteren ist es möglich, eine gewisse Gewichtung auf das Sperrband anzuwenden, so dass ein größerer Schwerpunkt darauf platziert wird, eine bessere Approximation in dem Sperrband zu haben. Der Maximalwert des Absolutwertes des gewichteten Fehlers in dem gesamten Frequenzbereich einschließlich des Sperrbandes und des Durchlassbandes wird als |∞-Norm des gewichten Fehlers bezeichnet (|∞ wird als „EI-Unendlichkeit“ ausgesprochen). Eine Minimax-Filtergestaltung verweist auf den Prozess des Findens von Filterkoeffizienten einer gewissen Ordnung, die den |∞-Fehler minimieren werden, d. h., den maximalen gewichteten Fehler minimieren werden, der in dem gesamten Frequenzbereich angetroffen wird.A minimax optimality criterion is to minimize the maximum value of the error. In a filter design environment (ie, when computing coefficients of a filter), a designed filter will typically approximate the ideal response in both the passband and the stopband to some extent. Furthermore, it is possible to apply some weight to the stopband so that a larger center of gravity is placed on it to have a better approximation in the stopband. The maximum value of the absolute value of the weighted error in the entire frequency range, including the stopband and the passband, is expressed as | ∞ -norm of the weighted error (| ∞ is pronounced as "EI-infinity"). A minimax filter design refers to the process of finding filter coefficients of a certain order involving the | ∞ errors, ie, will minimize the maximum weighted error encountered in the entire frequency range.
Um weiter zu erklären, wie ein Minimax-optimales Filter beurteilt wird, kann ein hypothetisches Filter, A, betrachtet werden. Für das hypothetische Filter A kann der gewichtete Fehler überall auf der Frequenzachse zwischen -0,01 und 0,01 schwingen, außer, dass bei der Frequenz ω = 0,30π der Wert des gewichteten Fehlers 0,20 beträgt. Die |∞-Norm dieser Fehlerfunktion ist 0,20. Ein anderes hypothetisches Filter, B, kann ebenfalls betrachtet werden. Für das hypothetische Filter B kann der Fehler überall zwischen -0,19 und 0,19 schwingen, wird aber niemals größer als das. Die |∞-Norm dieses Fehlers ist 0,19. Obwohl das Filter A die ideale Antwort viel besser als das Filter B bei beinahe jeder Frequenz approximiert, bevorzugt das Minimax-Fehlerkriterium das Filter B gegenüber dem Filter A, weil das Filter B für das Schlimmstfallszenario (das bei dieser beispielhaften Veranschaulichung eintreten würde, falls die gesamte Eingabe bei ω = 0,30π konzentriert wäre) „sicherer“ ist. Dementsprechend kann eine Minimax-Gestaltung als für den Schlimmstfall (worst case) vorbereitet betrachtet werden.To further explain how to evaluate a minimax-optimal filter, a hypothetical filter, A, can be considered. For the hypothetical filter A, the weighted error can oscillate anywhere between -0.01 and 0.01 on the frequency axis, except that at the frequency ω = 0.30π, the value of the weighted error is 0.20. The | ∞ -norm of this error function is 0.20. Another hypothetical filter, B, can also be considered. For the hypothetical filter B, the error can oscillate anywhere between -0.19 and 0.19, but never becomes larger than that ∞ -norm of this error is 0.19. Although the filter A approximates the ideal response much better than the filter B at almost any frequency, the minimax error criterion favors the filter B over the filter A because the filter B for the worst case scenario (which would occur in this illustrative illustration, if total input at ω = 0.30π would be concentrated) is "safer". Accordingly, a minimax Design considered to be prepared for the worst case scenario.
Lineare Phasenfilter (d. h. Filter, für die eine Phaseneigenschaft eine lineare Funktion der Frequenz ist) weisen gewisse Symmetrien um ihren Mittelpunkt auf, was ermöglicht, dass ihre Frequenzantwort als eine realwertige Antwort mit Phase Null multipliziert mit einem linearen Phasenterm geschrieben werden kann. Da das Alternationstheorem und der Remez-Austauschalgorithmus lediglich mit realwertigen Funktionen arbeiten, können sie direkt angewandt werden, um global Minimax-optimale Linearphasenfilter lediglich durch Berücksichtigen des Realteils der Frequenzantwort zu charakterisieren oder zu gestalten. Eine generische FIR ohne solche Symmetriebegrenzungen würde eine bessere Flexibilität beim Auswählen ihrer Koeffizienten erlauben und kann vorteilhafter als Linearphasenfilter sein. Da jedoch die Frequenzantwort eines nichtlinearen FIR-Filters nicht notwendigerweise als eine realwertige Funktion multipliziert mit einem linearen Phasenterm ausgedrückt werden kann, wie es für lineare Phasenfilter erfolgt, können das Alternationstheorem und das Remez-Austauschverfahren nicht für eine global Minimax-optimale Gestaltung generischer Filter, die nichtlineare Filter aufweisen können, angewandt werden. Es gab Ansätze in der Literatur, das Gestaltungsproblem in die Domäne der Autokorrelation des Filters anstelle der Domäne des Filters selbst zu tragen, eine Idee, die auch in der vorliegenden Offenbarung genutzt wird. Jedoch folgen diese Ansätze in der Literatur keinem wohldefinierten Optimalitätskriterium in der Filterdomäne. Stattdessen finden diese Ansätze ein optimales Filter in der Autokorrelationsdomäne, die, wenn sie zurück in die Filterdomäne umgewandelt wird, möglicherweise nicht optimal verbleibt oder möglicherweise nicht den gewünschten Schwerpunkt auf der Abschwächung in dem Sperrband gegenüber dem Durchlassband aufzeigt, die durch die Gewichtungsfunktion Wdes vorgegeben ist.Linear phase filters (ie, filters for which a phase characteristic is a linear function of frequency) have certain symmetries about their midpoint, which allows their frequency response to be written as a real-valued, zero-phase response multiplied by a linear phase term. Since the alternation theorem and the Remez replacement algorithm only work with real-valued functions, they can be directly applied to characterize or design globally minimax-optimal linear phase filters merely by taking the real part of the frequency response into account. A generic FIR without such symmetry limits would allow better flexibility in selecting its coefficients and may be more advantageous than linear phase filters. However, since the frequency response of a non-linear FIR filter can not necessarily be expressed as a real-valued function multiplied by a linear phase term, as is done for linear phase filters, the Alternation Theorem and Remez exchange methods can not be used for global minimax-optimal design of generic filters. which may include nonlinear filters. There have been attempts in the literature to carry the design problem into the autocorrelation domain of the filter rather than the domain of the filter itself, an idea also used in the present disclosure. However, these approaches in the literature do not follow any well-defined optimality criterion in the filter domain. Instead, these approaches find an optimal filter in the autocorrelation domain which, if converted back to the filter domain, may not optimally remain or may not show the desired focus on the attenuation in the stopband over the pass band given by the weighting function W of FIG is.
ÜbersichtOverview
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen Mechanismen bereit, die eine Implementierung eines digitalen Filters ermöglichen, das ein oder mehrere oben beschriebene Probleme verbessern kann, insbesondere mit Bezug auf das Gestalten eines FIR-Filters, das eine garantierte global optimale Betragsantwort hinsichtlich des Minimax-Optimalitätskriteriums aufweisen würde. Das Gestalten und dann Anwenden eines solchen Filters zum Filtern von Eingabesignalen stellt eine vorteilhafte technologische Lösung eines Problems suboptimaler herkömmlicher Filter (d. h. eines in der Technologie verwurzelten Problems) bereit.Embodiments of the present disclosure provide mechanisms that enable implementation of a digital filter that may improve one or more of the problems described above, particularly with respect to designing an FIR filter that would have a guaranteed global optimal magnitude response with respect to the minimax optimality criterion , Designing and then applying such a filter to filter input signals provides a beneficial technological solution to a problem of suboptimal conventional filters (i.e., a technology rooted problem).
Das Gestalten eines solchen Filters basiert auf einer praktischen Anwendung eines Theorems, das durch den Erfinder der vorliegenden Offenbarung abgeleitet wurde. Das Theorem kann als ein „Charakterisierungstheorem“ zum Wiedergeben der Tatsache bezeichnet werden, dass es einen Ansatz zum Charakterisieren der globalen Minimax-Optimalität eines gegebenen FIR-Filters h[n], n=0, 1, ..., N bereitstellt, wobei die Optimalität mit Bezug auf die Betragsantwort dieses Filters, |H(ejω)|, im Vergleich zu der gewünschten Filterantwort, D(ω), beurteilt wird, die Eins in dem Durchlassband ΩP und Null in dem Sperrband ΩS ist. Insbesondere ermöglicht das Charakterisierungstheorem das Beurteilen, ob ein gegebenes Filter eine Betragsantwort aufweist, die insofern die beste Approximation für D(ω) ist, dass keine andere Betragsantwort für die gleiche Ordnung des FIR-Filters erreichbar sein kann, die eine kleinere Unendlichkeitsnorm auf der gewichteten Fehlerfunktion Wdes(ω)(|H(ejω)| - D(ω)) erzielen würde. Das Charakterisierungstheorem ermöglicht das Charakterisieren einer Optimalität für sowohl realwertige als auch komplexwertige Filterkoeffizienten und erfordert keinerlei Symmetrie in den Koeffizienten, wodurch es auf alle nichtlinearen Phasen-FIR-Filter anwendbar ist.The design of such a filter is based on a practical application of a theorem derived by the inventor of the present disclosure. The theorem may be referred to as a "characterization theorem" for representing the fact that it provides an approach for characterizing the global minimax optimality of a given FIR filter h [n], n = 0, 1, ..., N the optimality with respect to the magnitude response of this filter, | H (e jω ) |, is judged as compared to the desired filter response, D (ω), which is one in the passband Ω P and zero in the stopband Ω S. In particular, the characterization theorem allows judging whether a given filter has a magnitude response that is the best approximation for D (ω) in that no other magnitude response for the same order of the FIR filter can be achieved, which has a smaller infinity norm on the weighted one Error function W of (ω) (| H (e jω ) | - D (ω)). The characterization theorem allows characterizing an optimality for both real and complex valued filter coefficients and does not require any symmetry in the coefficients, thereby being applicable to all non-linear phase FIR filters.
Im Gegenzug ermöglichen Beobachtungen von dem Charakterisierungstheorem ein effizientes Verfahren, wie hier beschrieben, zum Gestalten von nichtlinearen Phasen-FIR-Filtern in Fällen, in denen lediglich die Betragsantwort vorgegeben und die Phase nicht begrenzt ist. Ein solches Verfahren wird hier als ein „FIR-Filter-Gestaltungsverfahren“ bezeichnet. Während das FIR-Filter-Gestaltungsverfahren nicht auf eine bestimmte Phasenantwort begrenzt ist, ermöglicht es trotzdem vorteilhafterweise, eine gewünschte Phasengestaltung, z. B. minimale Phasengestaltung, zu wählen, ohne eine globale Optimalität des Filters mit Bezug auf den Betrag zu beeinträchtigen. Der nächste Abschnitt legt das Charakterisierungstheorem dar, das der Vollständigkeit hinsichtlich des mathematischen Beweises der Optimalität des hier vorgeschlagenen FIR-Filter-Gestaltungsverfahrens halber bereitgestellt ist. Danach wird das Filtergestaltungsverfahren beschrieben.In turn, observations of the characterization theorem allow for an efficient method as described herein for designing nonlinear phase FIR filters in cases where only the magnitude response is predetermined and the phase is not limited. Such a method is referred to herein as a "FIR filter design method". While the FIR filter design method is not limited to a particular phase response, it nevertheless advantageously allows for a desired phase design, e.g. Minimal phase design, without compromising global optimality of the filter with respect to the amount. The next section sets forth the characterization theorem provided for completeness with respect to the mathematical proof of the optimality of the FIR filter design method proposed herein. Thereafter, the filter designing method will be described.
Wie es sich für einen Fachmann versteht, können Aspekte der vorliegenden Offenbarung, insbesondere der hier beschriebene FIR-Filter-Gestaltungsansatz, auf verschiedene Weisen umgesetzt werden - z. B. als ein Verfahren, ein System, ein Computerprogrammprodukt oder ein computerlesbares Speichermedium. Entsprechend können Aspekte der vorliegenden Offenbarung die Form einer vollständig hardwarebasierten Ausführungsform, einer vollständig softwarebasierten Ausführungsform (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode usw.) oder einer Ausführungsform annehmen, die Software- und Hardwareaspekte kombiniert, welche hier alle allgemein als ein „Schaltkreis“, „Modul“ oder „System“ bezeichnet werden können. Wenigstens manche in dieser Offenbarung beschriebenen Funktionen können als ein Algorithmus implementiert werden, der durch eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten, z. B. eine oder mehrere Mikroprozessoren, eines oder mehrerer Computer ausgeführt werden kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen können unterschiedliche Schritte und Teile der Schritte von jedem der hier beschriebenen Verfahren durch unterschiedliche Verarbeitungseinheiten durchgeführt werden. Des Weiteren können Aspekte der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts in einem oder mehreren computerlesbaren Medien, bevorzugt nichtflüchtig, annehmen, mit computerlesbarem Programmcode darauf umgesetzt, z. B. gespeichert. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann ein solches Computerprogramm auf die existierenden Vorrichtungen und Systeme (z. B. die existierenden Filtermodule, elektromagnetischen Empfänger oder Steuerungen solcher Filter oder Empfänger usw.) heruntergeladen (aktualisiert) werden oder beim Herstellen dieser Vorrichtungen und Systeme darauf gespeichert werden.As one of ordinary skill in the art appreciates, aspects of the present disclosure, and in particular the FIR filter design approach described herein, may be implemented in various ways - e.g. As a method, system, computer program product or computer readable storage medium. Accordingly, aspects of the present disclosure may take the form of a fully hardware-based embodiment, a fully software-based embodiment (including firmware, resident software, microcode, etc.) or an embodiment that combines software and hardware aspects, all of which are generally referred to herein as a "circuit,""Module" or "system" can be called. At least Some functions described in this disclosure may be implemented as an algorithm that may be implemented by one or more processing units, e.g. As one or more microprocessors, one or more computers can be executed. In various embodiments, different steps and parts of the steps of each of the methods described herein may be performed by different processing units. Further, aspects of the present disclosure may take the form of a computer program product in one or more computer-readable media, preferably non-volatile, with computer-readable program code embodied thereon, e.g. B. stored. In various embodiments, such a computer program may be downloaded (updated) to existing devices and systems (eg, the existing filter modules, electromagnetic receivers, or controllers of such filters or receivers, etc.) or stored thereon in manufacturing these devices and systems.
Andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung und aus den Ansprüchen und Beispielen ersichtlich.Other features and advantages of the disclosure will be apparent from the following description and from the claims and examples.
CharakterisierungstheoremCharakterisierungstheorem
Es wird angenommen, dass ein Filter mit Koeffizienten h[n], n=0, 1, ..., N und einer Frequenzantwort H(ejω) mit dem Durchlassband ΩP und dem Sperrband ΩS von Frequenzen bereitgestellt wird, um die gewünschte Betragsantwort D(ω) zu approximieren, die durch die Gleichung (1) oben definiert wird.It is assumed that a filter with coefficients h [n], n = 0, 1,..., N and a frequency response H (e jω ) with the passband Ω P and the stopband Ω S of frequencies is provided for to approximate the desired magnitude response D (ω) defined by the equation (1) above.
Ferner wird eine gewünschte Gewichtungsfunktion Wdes(ω) angenommen, die den relativen Schwerpunkt auf der Unterdrückung eines Fehlers in dem Sperrband im Vergleich zu dem Durchlassband durch die Gleichung (2) oben vorgibt. Der Skalar Kdes kann als ein Teil einer Gestaltungvorgabe gegeben sein (das heißt, als eine Eingabe in das/den hier beschriebene(n) FIR-Filter-Gestaltungsverfahren/Algorithmus bereitgestellt werden).Further, a desired weighting function W of (ω) is assumed, which specifies the relative center of gravity on the suppression of an error in the stopband as compared to the passband by equation (2) above. The scalar K des may be given as part of a design specification (that is, provided as an input to the FIR filter design method / algorithm described herein).
Die gewichtete Fehlerfunktion EW(ω), die durch das gestaltete Filter h[n] erreicht wird, und die Grenzen des Durchlassbandfehlers δP (d. h., die maximale (absolute) Abweichung von |H(eiω)| von Eins in dem Durchlassband) und des Sperrbandfehlers δS (d. h. die maximale (absolute) Abweichung von |H(eiω)| von Eins in dem Sperrband) können definiert werden als
bzw.
respectively.
Das Charakterisierungstheorem kann dann wie folgt formuliert werden: |H(ejω)| ist die eindeutige Minimax-optimale Betragsantwort, die dann durch ein beliebiges FIR-Filter der Ordnung N zum Approximieren der idealen Filterbetragsantwort D (ω) mit einer gewünschten Gewichtungsfunktion Wdes(ω) erzielt werden kann, falls und nur falls die angepasste gewichtete Fehlerfunktion
Wie in der Technik bekannt, sind „Alternationen“ als die Frequenzpunkte definiert, bei denen die gewichtete Fehlerfunktion ihre Extremwerte erzielt, wobei ein Extremwert als eine Alternation betrachtet wird, falls sein Vorzeichen entgegengesetzt zu dem vorherigen Extremwert ist und sein Betrag gleich dem Betrag des vorherigen Extremwerts ist (eine positive Alternation wird von einer negativen Alternation mit dem selben Betrag gefolgt und umgekehrt). Allgemein verweist ein Ausdruck „Extremwert“ auf einen lokalen Minimal- oder einen lokalen Maximalwert, d. h. einen Punkt mit einem geringeren bzw. größeren Wert als seine Nachbarpunkte. Die Optimalität in linearen Phasenfiltern wird durch Zählen der Alternationen mit Bezug auf die gewichtete Fehlerfunktion charakterisiert, die unter Verwendung der gewünschten Antwort und der bereitgestellten gewünschten Gewichtungsfunktion berechnet wird. Die hier für die Betragsantwort bereitgestellte Charakterisierung arbeitet im Gegensatz zu der Frequenzantwort mit einer angepassten gewichteten Fehlerfunktion, wie in Gleichung (6) oben beschrieben ist. Eine solche Anpassung kann mathematisch bewiesen werden, aber bereits intuitiv scheint eine solche Anpassung aufgrund von Beträgen benötigt zu werden, die niemals unter null gehen können. Die angepasste gewünschte/Zielbetragsantwort D’(ω) in dem Durchlassband kann als der Mittelpunkt des Fehlerbandes [1 - δP, 1 + δP] gewählt werden, während die angepasste gewünschte/Zielbetragsantwort D’(w) in dem Sperrband als der Mittelpunkt des Fehlerbandes [0, δS] gewählt werden kann.As is known in the art, "alternations" are defined as the frequency points at which the weighted error function reaches its extreme values, with one extreme considered as an alternation if its sign is opposite to the previous extreme and its magnitude is equal to the previous one Extreme value (a positive alternation is followed by a negative alternation with the same amount and vice versa). Generally, an expression "extremum" refers to a local minimum or maximum local value, ie, a point of lower or greater value than its neighbor points. The optimality in linear phase filters is characterized by counting the alternations with respect to the weighted error function calculated using the desired response and the desired weighting function provided. The Characterization provided here for the magnitude response operates in contrast to the frequency response with a matched weighted error function, as described in equation (6) above. Such an adaptation can be proved mathematically, but already intuitively such adaptation seems to be needed because of amounts that can never go below zero. The adjusted desired / target magnitude response D '(ω) in the passband may be chosen as the midpoint of the error band [1- δ P , 1 + δ P ] while the adjusted desired / target magnitude response D' (w) in the stopband as the midpoint of the error band [0, δ S ] can be selected.
Die Anzahl an benötigten Alternationen für Filter mit komplexwertigen Koeffizienten ist größer als jene von Filtern mit realwertigen Koeffizienten. Dies ist auch konsistent mit der Intuition, weil es die zusätzlichen Freiheitsgrade beim Wählen der Filterkoeffizienten durch Lockern der Begrenzung darauf, realwertig zu sein, wiedergibt und auch mathematisch bewiesen werden kann.The number of alternations needed for complex valued coefficient filters is greater than that of real valued coefficient filters. This is also consistent with intuition because it reflects the additional degrees of freedom in choosing the filter coefficients by relaxing the constraint on being real and can also be proved mathematically.
Vorgeschlagene FIR-FiltergestaltungProposed FIR filter design
Im Folgenden werden Gestaltungsalgorithmen für Filter beschrieben, die darauf begrenzt sind, realwertige Koeffizienten zu haben. Daher werden (N+2) Alternationen benötigt. Jedoch gilt die unten bereitgestellte Begründung für Filter mit komplexwertigen Koeffizienten einfach, indem (2N+2) Alternationen benötigt werden, d. h. durch Ersetzen von sämtlichem Auftreten von (N+2) mit (2N+2).The following describes design algorithms for filters that are limited to having real-valued coefficients. Therefore (N + 2) alternations are needed. However, the justification provided below for complex valued coefficient filters is simple in that (2N + 2) alternations are needed; H. by replacing all occurrences of (N + 2) with (2N + 2).
Beobachtungen von dem CharakterisierungstheoremObservations of the characterization theorem
Die hier beschriebenen Beobachtungen und Verfahren werden auf N+2 Alternationen verweisen, unter der Annahme, dass h[n] der Einfachheit der Argumentation halber darauf begrenzt ist, realwertige Koeffizienten zu haben, während die gleichen Argumente für den Fall für komplexwertige Koeffizienten mit 2N+2 Alternationen gelten. Das oben formulierte Charakterisierungstheorem erfordert, dass der angepasste gewichtete Fehler
Das Einrichten, dass
Zweischrittiger GestaltungsalgorithmusTwo-step design algorithm
Das Gestalten einer Folge mit Phase null, die eine ideale Filterantwort approximiert und diese als Autokorrelation eines FIR-Filters behandelt, wurde in der Vergangenheit als ein Gestaltungsverfahren für ein nichtlineares Phasen-FIR-Filter verwendet. Da jedoch die Gestaltungsvorgaben, wie etwa relative Gewichtung auf dem Sperrband gegenüber dem Durchlassband, in der Autokorrelationsdomäne aufgrund der Quadrierungsbeziehung zwischen P(ejω) and |H(ejω)| nicht die gleichen bleiben, gibt das resultierende Filter nicht notwendigerweise die gewünschte Gewichtung wieder. Des Weiteren sind keine Optimalitätsargumente für die finale Gestaltung verfügbar, weil die Optimalität der Autokorrelationsfolge für eine Menge von Metriken den entsprechenden Filter nicht optimal für die gleichen Metriken macht.Designing a phase zero sequence that approximates an ideal filter response and treats it as autocorrelation of an FIR filter has been used in the past as a design method for a nonlinear phase FIR filter. However, because design constraints, such as relative weighting on the stopband versus passband, in the autocorrelation domain, due to the squaring relationship between P (e jω ) and | H (e jω ) | are not the same, the resulting filter does not necessarily reflect the desired weighting. Furthermore, there are none Optimal arguments are available for the final design because the optimality of the autocorrelation sequence for a set of metrics does not make the corresponding filter optimal for the same metrics.
Ein hier vorgeschlagener Charakterisierungsalgorithmus kann als der Beweis betrachtet werden, dass man die Autokorrelationsfolge nur so gestalten muss, dass (i) E’P(ω) wenigstens N+2 Alternationen aufweist, (ii)
Durch die Einzigartigkeit der global Minimax-optimierten Betragsantwort von dem oben bereitgestellten Charakterisierungstheorem, wenn eine solche Autokorrelationsfunktion gefunden wird, wird dann
Zwei Schritte des Gestaltungsalgorithmus können wie folgt zusammengefasst werden:Two steps of the design algorithm can be summarized as follows:
In dem ersten Schritt wird eine Autokorrelationsfunktion p[n] so gestaltet, dass die Fourier-Transformation der Autokorrelationsfunktion, P(ejω), die oben aufgelisteten Eigenschaften erfüllt. Eine solche Autokorrelationsfunktion kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Verfahrens, wie in der Technik bekannt, gestaltet werden. Bei manchen Ausführungsformen kann eine solche Autokorrelationsfunktion unter Verwendung des in Abschnitt C unten vorgeschlagenen Ansatzes gestaltet werden.In the first step, an autocorrelation function p [n] is designed such that the Fourier transform of the autocorrelation function, P (e jω ), satisfies the properties listed above. Such autocorrelation function may be designed using any suitable method as known in the art. In some embodiments, such an autocorrelation function may be designed using the approach suggested in Section C below.
In dem zweiten Schritt wird ein Filter h[n] derart bestimmt, dass seine Betragsantwort
Ein Algorithmus zum Gestalten einer optimalen AutokorrelationAn algorithm for designing an optimal autocorrelation
Die optimale Autokorrelationsfunktion oder, äquivalent, ihre Fourier-Transformation, wie etwa die in
Ein Ansatz, der zum Erhalten einer solchen Autokorrelation verwendet werden kann, besteht darin, die Zielfunktion zu wählen, die die ideale Filterantwort sein soll, die Eins in dem Durchlassband und Null in dem Sperrband ist, und die Gewichtung auf dem Sperrband so zu wählen, dass die Frequenzantwort des erhaltenen Filters G(ejω) skaliert und verschoben werden kann, um wie die Fourier-Transformation der in
Mit diesen Begrenzungen kann eine Beziehung zwischen der Gewichtung K, die beim Gestalten des Filters in
Die mathematischen Einzelheiten über die Herleitung der Beziehung von Gleichung (10) sind unten bereitgestellt.The mathematical details about deriving the relationship of equation (10) are provided below.
Gleichung (10) stellt eine implizite und nichtlineare Gleichung bereit, die effizient gelöst werden kann, zum Beispiel unter Verwendung einer iterativen Prozedur. Bei verschiedenen Ausführungsformen des Verwendens einer iterativen Prozedur zum Lösen von Gleichung (10) kann der Suchraum auf K bei jeder Iteration auf z. B. eine Binärsuchweise oder unter Verwendung eines Newton-Raphson-Verfahrens geschnitten werden. Sobald der angemessene Wert von K gefunden wurde (d. h. ein Wert von K, für den ΔP, berechnet aus G(ejω) gleich der rechten Seite von Gleichung (10)) ist, kann das Filter durch Verschieben und Skalieren von G(ejω) zum Erhalten der Frequenzantwort der Autokorrelation P(ejω) in
Gesamtalgorithmus zum Gestalten eines FiltersOverall algorithm for designing a filter
Vor dem Beginn des Verfahrens
Das Verfahren
Bei
mit der Gewichtungsfunktion
with the weighting function
Zu diesem Zweck kann die Filterkonfigurationseinheit
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
Es wird mehr als ein Filter geben, für das die Autokorrelationsfolge p[n] ist. In Abhängigkeit davon, welche Art von Phase durch die Gestaltung vorgegeben wird (wie in der Filterkonfigurationseinheit
Herleitung von Gleichung (
Dieser Abschnitt präsentiert die Herleitung der oben bereitgestellten Gleichung (10).This section presents the derivation of equation (10) provided above.
Der Skalierungskoeffizient a und der Verschiebungskoeffizient b können so gewählt werden, dass die Mittelpunkte des Durchlassband- und Sperrbandbereichs mit jenen der Autokorrelation in
Die relative Gewichtung zwischen Durchlassband und Sperrband ändert sich nicht nach der Skalierung der Filterantwort zum Übereinstimmen mit jener der Autokorrelation, daher können die Gewichtungen in beiden identisch sein:
Da
Um die obere Grenze der Filterantwort in dem Sperrband mit jener der Autokorrelation nach der Skalierung und Verschiebung anzugleichen, gilt:
Einsetzen der Werte der Skalierungs- und Verschiebungskoeffizienten a und b aus Gleichungen (15) und (16) und Einsetzen von
Auflösen von Gleichung (
Schließlich können, sobald die angemessene Gewichtung K gefunden wurde, die diese Gleichung erfüllt, die Skalierungs- und Verschiebungskoeffizienten direkt aus den Parametern dieses Filters berechnet werden. Unter Verwendung von Gleichung (19) und (16) kann der Verschiebungskoeffizient b bestimmt werden als:
Aus Gleichungen (24) und (20) kann der Skalierungskoeffizient a bestimmt werden als:
Svstemansicht von verbessertem Empfänger und digitalem FilterSystem view of improved receiver and digital filter
Wie ebenfalls in
Es sollte angemerkt werden, dass, um die Zeichnung nicht zu voll zu machen, der Empfänger
Hier bereitgestellte Lehren betreffen digitale Filter, die zum Filtern elektromagnetischer Signale in verschiedenen Frequenzbereichen (z. B. in dem Funkbereich, in dem optischen Bereich usw.) ausgebildet sind. Des Weiteren betreffen diese Lehren das digitale Filtern von Signalen, die durch Empfänger außer elektromagnetischen Empfängern, wie etwa z. B. Sonarempfängern, empfangen werden.The teachings provided herein relate to digital filters configured to filter electromagnetic signals in various frequency ranges (eg, in the radio range, in the optical range, etc.). Furthermore, these teachings relate to the digital filtering of signals received by receivers other than electromagnetic receivers, such as e.g. Sonar receivers.
Der Prozessor
Bei gewissen Implementierungsbeispielen können Mechanismen zum Unterstützen der Konfiguration des digitalen Filters
Beispielhaftes DatenverarbeitungssystemExemplary data processing system
Wie in
Die Speicherelemente
Eingabe/Ausgabe(E/A)-Vorrichtungen, die als eine Eingabevorrichtung
Bei einer Ausführungsform können die Eingabe- und die Ausgabevorrichtungen als eine kombinierte Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung (in
Ein Netzwerkadapter
Wie in
Ausgewählte BeispieleSelected examples
Bei einer ersten Menge von Beispielen, Beispielen A, stellt Beispiel 1A ein computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen von Koeffizienten h[n], wobei n=0, 1, ..., N gilt, eines FIR-Digitalfilters (FIR: endliche Impulsantwort) einer Ordnung N bereit, das eine Betragsantwort aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Antwort eines idealen FIR-Filters zu approximieren, das dazu ausgebildet ist, Komponenten von Signalen bei Frequenzen ω innerhalb einer Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP durchzulassen und Komponenten von Signalen bei Frequenzen innerhalb einer Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS zu unterdrücken, so dass ein Verhältnis eines Fehlers in der Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP (d. h. ein Fehler δP für Frequenzen ω ∈ ΩP) und eines Fehlers in der Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS (d. h. ein Fehler δS für Frequenzen ω ∈ ΩS) gleich Kdes ist oder in einem Toleranzbereich von diesem liegt, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Initialisieren eines Wertes eines Skalars K; Bestimmen von Koeffizienten g[n] eines Minimax-optimalen gerade symmetrischen oder konjugiert symmetrischen Filters (gerade symmetrisch, falls h[n] auf realwertige Koeffizienten begrenzt ist, und konjugiert symmetrisch, falls h[n] komplexwertige Koeffizienten annehmen kann) der Ordnung 2N, um eine Antwort eines FIR-Filters zu approximieren, das dazu ausgebildet ist, Komponenten von Signalen bei Frequenzen innerhalb der Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP durchzulassen und Komponenten von Signalen bei Frequenzen innerhalb der Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS zu unterdrücken, so dass ein Verhältnis eines Fehlers in der Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP (d. h. ein Fehler ΔP für Frequenzen ω ∈ ΩP) und eines Fehlers in der Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS (d. h. ein Fehler ΔS für Frequenzen ω ∈ ΩS) gleich einem Toleranzbereich von K ist oder in diesem liegt; Bestimmen einer Frequenzantwort G(ejω) des Minimax-optimalen gerade symmetrischen oder konjugiert symmetrischen Filters mit den bestimmten Koeffizienten g[n]; Bestimmen eines maximalen Durchlassbandfehlers ΔP aus der bestimmten Frequenzantwort G(ejω); Bestimmen, ob der bestimmte maximale Durchlassbandfehler ΔP eine vorbestimmte Bedingung mit Bezug auf einen Vergleichswert basierend auf Werten der Skalare K und Kdes erfüllt; und wenn der bestimmte maximale Durchlassbandfehler ΔP die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert erfüllt, Berechnen einer Menge von Werten p[n] durch Skalieren der bestimmten Koeffizienten g[n] mit einem ersten Skalierungswert a und Addieren eines Einheitsimpulses δ[n], der mit einem zweiten Skalierungswert b skaliert ist, zu den skalierten Koeffizienten a*g[n] und Bestimmen der Koeffizienten h[n] als eine Menge von (N+1) Werten, für die die Menge von Werten p[n] eine Autokorrelationsfolge ist.In a first set of examples, Examples A, Example 1A presents a computer-implemented method for determining coefficients h [n], where n = 0, 1, ..., N, of an FIR digital filter (FIR: finite impulse response) Order N having an magnitude response adapted to approximate a response of an ideal FIR filter configured to pass components of signals at frequencies ω within a set of passband frequencies Ω P and components of signals at frequencies within suppressing a set of stop band frequencies Ω S such that a ratio of an error in the amount of pass band frequencies Ω P (ie, an error δ P for frequencies ω ∈ Ω P ) and an error in the amount of stop band frequencies Ω S (ie, an error δ S for frequencies ω ∈ Ω S) is equal to K of the or lies in a tolerance range of this, said method comprising: initializing a value e ines scalar K; Determining coefficients g [n] of a minimax-optimal even-symmetric or conjugate-symmetric filter (even symmetric if h [n] is limited to real-valued coefficients and conjugate symmetric if h [n] can take complex-valued coefficients) of order 2N, to approximate a response of a FIR filter configured to pass components of signals at frequencies within the set of passband frequencies Ω P and to suppress components of signals at frequencies within the set of stopband frequencies Ω S , such that a ratio of an error in the set of passband frequencies Ω P (ie an error Δ P for frequencies ω ∈ Ω P ) and an error in the set of stopband frequencies Ω S (ie an error Δ S for frequencies ω ∈ Ω S ) equals a tolerance range of K or lies in this; Determining a frequency response G (e jω ) of the minimax optimal even symmetric or conjugate symmetric filter with the determined coefficients g [n]; Determining a maximum passband error Δ P from the determined frequency response G (e jω ); Determining whether the determined maximum passband error Δ P based satisfies a predetermined condition with respect to a comparison value based on values of the scalars K and K of; and when the determined maximum passband error Δ P satisfies the condition with respect to the comparison value, calculating a set of values p [n] by scaling the determined coefficients g [n] by a first scaling value a and adding a unit pulse δ [n] to the scaled coefficients a * g [n] and determine the coefficients h [n] as a set of (N + 1) values for which the set of values p [n] is an autocorrelation sequence ,
Beispiel 2A stellt das Verfahren gemäß Beispiel 1A bereit, wobei das Bestimmen der Koeffizienten g[n] des Minimax-optimalen gerade symmetrischen oder konjugiert symmetrischen Filters Bestimmen der Koeffizienten g[n] unter Verwendung eines Remez-Austauschalgorithmus oder eines Parks-McClellan-Algorithmus einschließt.Example 2A provides the method of Example 1A, wherein determining the coefficients g [n] of the minimax optimal even symmetric or conjugate symmetric filter includes determining the coefficients g [n] using a Remez replacement algorithm or a Parks-McClellan algorithm ,
Beispiel 3A stellt das Verfahren gemäß Beispielen 1A oder 2A bereit, wobei das Bestimmen der Frequenzantwort G(ejω) des Minimax-optimalen gerade symmetrischen oder konjugiert symmetrischen Filters Berechnen einer Fourier-Transformation der bestimmten Koeffizienten g[n] einschließt.Example 3A provides the method of Examples 1A or 2A wherein determining the frequency response G (e jω ) of the minimax-optimal even-symmetric or conjugate-symmetric filter includes computing a Fourier transform of the determined coefficients g [n].
Beispiel 4A stellt das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele A bereit, wobei das Bestimmen des maximalen Durchlassbandfehlers ΔP Bestimmen einer maximalen absoluten Abweichung eines Wertes von G(ejω) von einem Wert von 1 für Frequenzen innerhalb der Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP einschließt.Example 4A provides the method of any preceding Example A, wherein determining the maximum passband error Δ P includes determining a maximum absolute deviation of a value of G (e jω ) from a value of 1 for frequencies within the amount of passband frequencies Ω P.
Beispiel 5A stellt das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele A bereit, wobei der Vergleichswert ein Wert ist, der indikativ (z. B. gleich oder proportional zu)
Beispiel 6A stellt das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1A-5A bereit, wobei die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert eine Differenz zwischen dem bestimmten maximalen Durchlassbandfehler ΔP aufweist und der Vergleichswert innerhalb einer vordefinierten Spanne mit Bezug auf 0 liegt.Example 6A provides the method of any of Examples 1A-5A, the condition with respect has to the comparison value, a difference between the determined maximum passband error Δ P and the comparative value is within a predetermined range with respect to 0.
Beispiel 7A stellt das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1A-5A bereit, wobei die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert ein Verhältnis zwischen dem bestimmten maximalen Durchlassbandfehler ΔP aufweist und der Vergleichswert innerhalb einer vordefinierten Spanne mit Bezug auf 1 liegt.Example 7A provides the method of any of Examples 1A-5A, the condition with respect has to the comparison value, a ratio between the determined maximum passband error Δ P and the comparative value is within a predetermined range with respect to 1.
Beispiel 8A stellt das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1A-5A bereit, wobei die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert den einschließt, dass der bestimmte maximale Durchlassbandfehler ΔP gleich dem Vergleichswert ist.Example 8A provides the method of any one of Examples 1A-5A, wherein the condition with respect to the comparison value includes that the determined maximum passband error Δ P equals the comparison value.
Beispiel 9A stellt das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele A bereit, wobei der Skalierungskoeffizient a gleich
Beispiel 10A stellt das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele A bereit, wobei der Verschiebungskoeffizient b gleich
Beispiel 11A stellt das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele A bereit, wobei das Bestimmen der Koeffizienten h[n] als die Menge von (N+1) Werten, für die die Menge von Werten p[n] die Autokorrelationsfolge ist, Durchführen einer spektralen Faktorisierung an der Menge von Werten p[n] oder Verwenden einer Diskrete-Hilbert-Transformation-Beziehung zwischen der Betragsantwort und der Phasenantwort eines Minimale-Phase-Filters, auch bekannt als Bayard-Bode-Beziehung, einschließt.Example 11A provides the method according to any of the preceding examples A, wherein determining the coefficients h [n] as the set of (N + 1) values for which the set of values p [n] is the autocorrelation sequence, performing a spectral Factoring on the set of values p [n] or using a discrete Hilbert transform relationship between the magnitude response and the phase response of a minimum-phase filter, also known as Bayard-Bode relationship.
Beispiel 12A stellt das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele A bereit, wobei das Bestimmen der Koeffizienten h[n] als die Menge von (N+1) Werten, für die die Menge von Werten p[n] die Autokorrelationsfolge ist, Bestimmen von zwei oder mehr Sätzen der (N+1) Werte, für die die Menge von Werten p[n] die Autokorrelationsfolge ist, einschließt, wobei jede Menge der (N+1) Werte mit einer unterschiedlichen Phaseneigenschaft assoziiert ist.Example 12A provides the method of any one of preceding examples A, wherein determining the coefficients h [n] as the set of (N + 1) values for which the set of values p [n] is the autocorrelation sequence, determining two or more sets of the (N + 1) values for which the set of values p [n] is the autocorrelation sequence, wherein each set of the (N + 1) values is associated with a different phase property.
Beispiel 13A stellt das Verfahren gemäß Beispiel 12A bereit, das ferner Auswählen einer Menge von (N+1) Werten aus den zwei oder mehr Sätzen der (N+1) Werte aufweist, für die die Menge von Werten p[n] die Autokorrelationsfolge mit einer speziellen Phaseneigenschaft ist.Example 13A provides the method of Example 12A, further comprising selecting a set of (N + 1) values from the two or more sets of the (N + 1) values for which the set of values p [n] represents the autocorrelation sequence a special live feature.
Beispiel 14A stellt das Verfahren gemäß Beispiel 13A bereit, wobei die spezielle Phaseneigenschaft eine minimale Phase oder eine maximale Phase aufweist.Example 14A provides the method of Example 13A, with the particular phase characteristic having a minimum phase or phase.
Beispiel 15A stellt das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele A bereit, wobei das Verfahren, wenn der bestimmte maximale Durchlassbandfehler ΔP die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert nicht erfüllt, ferner Folgendes aufweist: Durchführen von Iterationen des Änderns eines Wertes des Skalars K von jenem, für den der bestimmte maximale Durchlassbandfehler ΔP die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert nicht erfüllt hat, und Wiederholen, für den geänderten Wert des Skalars K, der Bestimmung der Koeffizienten g[n] des Minimax-optimalen gerade symmetrischen oder konjugiert symmetrischen Filters, der Bestimmung der Frequenzantwort G(ejω), der Bestimmung des maximalen Durchlassbandfehlers ΔP und der Bestimmung, ob der bestimmte maximale Durchlassbandfehler ΔP die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert erfüllt, bis der bestimmte maximale Durchlassbandfehler ΔP die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert erfüllt.Example 15A illustrates the method according to one of the preceding Examples A ready, the method if the determined maximum passband error Δ P does not satisfy the condition with respect to the reference value, further comprising: performing iterations of changing a value of the scalar K from that for which the determined maximum passband error Δ P has not satisfied the condition with respect to the comparison value, and repeating, for the changed value of the scalar K, the determination of the coefficients g [n] of the minimax-optimal even symmetric or conjugate symmetric filter, determining the frequency response G (e jω ), determining the maximum passband error Δ P, and determining whether the determined maximum passband error Δ P satisfies the condition with respect to the comparison value until the determined maximum passband error Δ P satisfies the condition with respect to Comparison value met.
Verfahren, durch die K erhöht oder verringert wird, weisen unter anderem Binärsuchverfahren oder das Newton-Raphson-Verfahren usw. auf, die alle innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung liegen.Methods by which to increase or decrease K include, but are not limited to, binary search methods or the Newton-Raphson method, etc., all of which are within the scope of the present disclosure.
Bei einer zweiten Menge von Beispielen, Beispielen B, stellt Beispiel 1B ein System zum Filtern eines Signals bereit, das durch einen elektromagnetischen Empfänger empfangen wird. Das System weist eine Filterkonfigurationseinheit und ein digitales Filter auf. Die Filterkonfigurationseinheit ist zum Konfigurieren eines ersten Filters der Ordnung N, der auf das Signal anzuwenden ist, durch Bestimmen von Koeffizienten h[n] des ersten Filters, wobei eine Zielantwort des ersten Filters durch eine Ziel(gewünschte)-Antwortfunktion D(ω) und eine Variable Kdes, die indikativ für ein Zielverhältnis eines Fehlers in einer Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP und eines Fehler in einer Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS des ersten Filters ist, vorgegeben wird. Die Filterkonfigurationseinheit ist dazu ausgebildet, die Koeffizienten des ersten Filters zu bestimmen durch Wiederholen von Schritten i) Festlegen einer Variable K, die indikativ für ein Verhältnis eines Fehlers in der Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP und eines Fehlers in der Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS eines zweiten Filters der Ordnung 2N ist, auf einen neuen Wert und ii) Bestimmen von Koeffizienten g[n] des zweiten Filters mit einer Zielantwort, die durch die Zielantwortfunktion D(ω) und die Variable K vorgegeben wird, bis ein maximaler Durchlassbandfehler ΔP einer Frequenzantwort G(ejω) des zweiten Filters eine Bedingung mit Bezug auf einen Vergleichswert basierend auf den Variablen K und Kdes erfüllt. Die Filterkonfigurationseinheit ist ferner zum Bestimmen der Koeffizienten h[n] des ersten Filters basierend auf den Koeffizienten g[n] des zweiten Filters ausgebildet. Das digitale Filter ist dazu ausgebildet, dann ein gefiltertes Signal durch Anwenden des ersten Filters mit den berechneten Koeffizienten h[n] auf das Signal zu erzeugen.In a second set of examples, Examples B, Example 1B provides a system for filtering a signal received by an electromagnetic receiver. The system includes a filter configuration unit and a digital filter. The filter configuration unit is for configuring a first order N filter to be applied to the signal by determining coefficients h [n] of the first filter, where a target response of the first filter is represented by a target (desired) response function D (ω) and a variable K des indicative of a target ratio of an error in an amount of pass band frequencies Ω P and an error in an amount of stop band frequencies Ω S of the first filter is given. The filter configuration unit is configured to determine the coefficients of the first filter by repeating steps i) determining a variable K indicative of a ratio of an error in the amount of passband frequencies Ω P and an error in the amount of stopband frequencies Ω S of a second one is filter of
Beispiel 2B stellt das System gemäß Beispiel 1A bereit, wobei das zweite Filter ein Minimax-optimales gerade symmetrisches Filter ist und die Koeffizienten h[n] des ersten Filters reale Werte aufweisen.Example 2B provides the system of Example 1A, where the second filter is a minimax-optimal even-symmetric filter and the coefficients h [n] of the first filter have real values.
Beispiel 3B stellt das System gemäß Beispiel 1A bereit, wobei das zweite Filter ein Minimax-optimales konjugiert symmetrisches Filter ist und die Koeffizienten h[n] des ersten Filters komplexe Werte aufweisen.Example 3B provides the system of Example 1A wherein the second filter is a minimax optimal conjugate symmetric filter and the coefficients h [n] of the first filter have complex values.
Beispiel 4B stellt das System gemäß einem der vorhergehenden Beispiele B bereit, wobei das Bestimmen der Koeffizienten h[n] des ersten Filters basierend auf den Koeffizienten g[n] des zweiten Filters Berechnen einer Menge von Werten p[n] durch Skalieren der Koeffizienten g[n] des zweiten Filters mit einem Skalierungskoeffizienten a und Addieren eines Einheitsimpulses δ[n], skaliert mit einem Verschiebungskoeffizienten b, und Bestimmen der Koeffizienten h[n] des ersten Filters als eine Menge von (N+1) Werten, für die die berechnete Menge von Werten p[n] eine Autokorrelationsfolge ist, einschließt.Example 4B provides the system according to any of the preceding examples B, wherein determining the coefficients h [n] of the first filter based on the coefficients g [n] of the second filter calculating a set of values p [n] by scaling the coefficients g [n] of the second filter having a scaling coefficient a and adding a unit pulse δ [n] scaled with a shift coefficient b, and determining the coefficients h [n] of the first filter as a set of (N + 1) values for which the calculated set of values p [ n] is an autocorrelation sequence.
Beispiel 5B stellt das System gemäß Beispiel 4B bereit, wobei der Skalierungskoeffizient a gleich
Beispiel 6B stellt das System gemäß Beispielen 4B oder 5B bereit, wobei der Verschiebungskoeffizient b gleich
Beispiel 7B stellt das System gemäß einem der Beispiele 4B-6B bereit, wobei das Bestimmen der Koeffizienten h[n] des ersten Filters als die Menge von (N+1) Werten, für den die Menge von Werten p[n] die Autokorrelationsfolge ist, Durchführen einer spektralen Faktorisierung auf der Menge von Werten p[n] oder Anwenden einer Bayard-Bode-Beziehung auf eine Quadratwurzel einer Frequenzantwort der Menge von Werten p[n], namentlich
Beispiel 8B stellt das System gemäß einem der Beispiele 4B-7B bereit, wobei das Bestimmen der Koeffizienten h[n] als die Menge von (N+1) Werten, für die die Menge von Werten p[n] die Autokorrelationsfolge ist, Bestimmen von zwei oder mehr Sätzen der (N+1) Werte, für die die Menge von Werten p[n] die Autokorrelationsfolge ist, wobei jede Menge der (N+1) Werte mit einer unterschiedlichen Phaseneigenschaft assoziiert ist.Example 8B provides the system according to one of Examples 4B-7B, wherein determining the coefficients h [n] as the set of (N + 1) values for which the set of values p [n] is the autocorrelation sequence determines two or more sets of the (N + 1) values for which the set of values p [n] is the autocorrelation sequence, where each set of the (N + 1) values is associated with a different phase property.
Beispiel 9B stellt das System gemäß Beispiel 6B bereit, das ferner Auswählen einer Menge von (N+1) Werten aus den zwei oder mehr Sätzen der (N+1) Werte aufweist, für die die Menge von Werten p[n] die Autokorrelationsfolge mit einer speziellen Phaseneigenschaft ist.Example 9B provides the system of Example 6B, further comprising selecting a set of (N + 1) values from the two or more sets of the (N + 1) values for which the set of values p [n] represents the autocorrelation sequence a special live feature.
Beispiel 10B stellt das System gemäß Beispiel 9B bereit, wobei die spezielle Phaseneigenschaft eine minimale Phase oder eine maximale Phase aufweist.Example 10B provides the system of Example 9B, with the particular phase characteristic having a minimum phase or phase.
Beispiel 11B stellt das System gemäß einem der vorhergehenden Beispiele B bereit, wobei das Bestimmen der Koeffizienten g[n] des zweiten Filters Verwenden eines Remez-Austauschalgorithmus oder eines Parks-McClellan-Algorithmus einschließt.Example 11B provides the system of any preceding Example B, wherein determining the coefficients g [n] of the second filter includes using a Remez replacement algorithm or a Parks-McClellan algorithm.
Beispiel 12B stellt das System gemäß einem der vorhergehenden Beispiele B bereit, wobei das Bestimmen des maximalen Durchlassbandfehlers ΔP Bestimmen eines Wertes, der indikativ für eine maximale absolute Abweichung der Frequenzantwort G(ejω) des zweiten Filters von einem Wert von 1 für Frequenzen innerhalb der Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP ist, einschließt.Example 12B provides the system of any preceding Example B, wherein determining the maximum passband error Δ P determines a value indicative of a maximum absolute deviation of the frequency response G (e jω ) of the second filter from a value of 1 for frequencies within the amount of passband frequencies Ω P includes.
Beispiel 13B stellt das System gemäß einem der vorhergehenden Beispiele B bereit, wobei der Vergleichswert ein Wert ist, der indikativ für
Beispiel 14B stellt das System gemäß einem der Beispiele 1B-13B bereit, wobei die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert eine Differenz zwischen dem maximalen Durchlassbandfehler ΔP und dem Vergleichswert, der innerhalb einer Spanne mit Bezug auf 0 liegt, aufweist.Example 14B provides the system of any one of Examples 1B-13B, wherein the condition with respect to the comparison value comprises a difference between the maximum passband error ΔP and the comparison value that is within a range with respect to zero.
Beispiel 15B stellt das System gemäß einem der Beispiele 1B-13B bereit, wobei die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert ein Verhältnis zwischen dem maximalen Durchlassbandfehler ΔP und dem Vergleichswert, der innerhalb einer Spanne mit Bezug auf 1 liegt, aufweist.Example 15B provides the system according to any one of Examples 1B-13B, wherein the condition with respect to the comparison value comprises a ratio between the maximum passband error ΔP and the comparison value that is within a range with reference to FIG.
Beispiel 16B stellt das System gemäß einem der Beispiele 1B-13B bereit, wobei die Bedingung mit Bezug auf den Vergleichswert den maximalen Durchlassbandfehler ΔP, der gleich dem Vergleichswert ist, aufweist.Example 16B provides the system according to one of Examples 1B-13B, the condition with respect to the reference value having the maximum passband error Δ P, which is equal to the comparison value.
Beispiel 17B stellt das System gemäß einem der vorhergehenden Beispiele B bereit, wobei die Zielantwort des zweiten Filters eine Antwort des zweiten Filters ist, für die ein Verhältnis eines Fehlers aufgrund einer Differenz zwischen der Antwort des zweiten Filters und der Zielantwortfunktion D(ω) in der Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP und eines Fehlers aufgrund einer Differenz zwischen der Antwort des zweiten Filters und der Zielantwortfunktion D(ω) in der Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS gleich der Variable K ist oder innerhalb eines Toleranzbereichs von dieser liegt.Example 17B provides the system according to one of the preceding examples B, wherein the target response of the second filter is a response of the second filter for which a ratio of an error due to a difference between the response of the second filter and the target response function D (ω) in the Amount of passband frequencies Ω P and an error due to a difference between the response of the second filter and the target response function D (ω) in the set of stopband frequencies Ω S equal to the variable K is within or within a tolerance of this.
Bei einem anderen Beispiel B gemäß einem der vorhergehenden Beispiele B ist die Zielantwort des ersten Filters eine Antwort des ersten Filters, für die ein Verhältnis eines Fehlers aufgrund einer Differenz zwischen der Antwort des ersten Filters und der Zielantwortfunktion D(ω) in der Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP und eines Fehlers aufgrund einer Differenz zwischen der Antwort des ersten Filters und der Zielantwortfunktion D(ω) in der Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS gleich der Variable Kdes ist oder innerhalb eines Toleranzbereichs von dieser liegt.In another example B according to one of the preceding examples B, the target response of the first filter is a response of the first filter for which a ratio of an error due to a difference between the response of the first filter and the target response function D (ω) in the set of passband frequencies ω P and an error due to a difference between the response of the first filter and the target response function D (ω) is in the amount of stop band frequencies ω S equal to the variable K of or within a tolerance range of this.
Beispiel 18B stellt das System gemäß einem der vorhergehenden Beispiele B bereit, wobei sowohl das erste Filter als auch das zweite Filter ein FIR-Filter (FIR: endliche Impulsantwort) ist.Example 18B provides the system according to any one of the preceding examples B, wherein both the first filter and the second filter is a finite impulse response (FIR) filter.
Beispiel 19B stellt ein computerimplementiertes Verfahren zum Betreiben eines digitalen Filters bereit. Das Verfahren weist Berechnen von Koeffizienten h[n] eines ersten Filters der Ordnung N auf, wobei eine Zielantwort des ersten Filters durch eine Zielantwortfunktion D(ω) und eine Variable Kdes, die indikativ für ein Zielverhältnis eines Fehlers in einer Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP und eines Fehler in einer Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS des ersten Filters ist, vorgegeben wird, indem eine oder mehrere Iterationen durchgeführt werden von i) Festlegen einer Variable K, die indikativ für ein Verhältnis eines Fehlers in der Menge von Durchlassbandfrequenzen ΩP und eines Fehlers in der Menge von Sperrbandfrequenzen ΩS eines zweiten Filters der Ordnung 2N ist, auf einen neuen Wert und ii) Bestimmen von Koeffizienten g[n] des zweiten Filters, wobei eine Zielantwort des zweiten Filters durch die Zielantwortfunktion D(ω) und die Variable K vorgegeben wird, wobei die Iterationen durchgeführt werden, bis ein maximaler Durchlassbandfehler ΔP einer Frequenzantwort G(ejω) des zweiten Filters eine Bedingung mit Bezug auf einen Vergleichswert basierend auf den Variablen K und Kdes erfüllt. Das Verfahren weist ferner Folgendes auf: Bestimmen der Koeffizienten h[n] des ersten Filters basierend auf den Koeffizienten g[n] des zweiten Filters; und Konfigurieren des digitalen Filters zum Anwenden des ersten Filters mit den Koeffizienten h[n] auf ein Signal zum Erzeugen eines gefilterten Signals.Example 19B provides a computer-implemented method of operating a digital filter. The method comprises calculating coefficients h [n] of a first filter of order N, wherein a target response of the first filter through a target response function D (ω) and a variable K des indicative of a target ratio of an error in an amount of passband frequencies Ω P and an error in a set of stopband frequencies Ω S of the first filter is given by performing one or more iterations of i) determining a variable K indicative of a ratio of an error in the set of passband frequencies Ω P and one Error in the amount of stop band frequencies Ω S of a second filter of
Beispiel 20B stellt das Verfahren gemäß Beispiel 19B bereit, das ferner Empfangen eines Wertes der Ordnung N, der Zielantwortfunktion D(ω) und der Variable Kdes über eine Benutzeroberfläche aufweist.Example 20B provides the method of Example 19B, further comprising receiving a value of the order N, the target response function D (ω) and the variable K of via a user interface.
Weitere Beispiele stellen die Verfahren gemäß Beispielen 19B oder 20B bereit, wobei die Verfahren weiterhin Schritte zum Betreiben des Systems gemäß einem der Beispiele 1B-18B aufweisen.Further examples provide the methods of Examples 19B or 20B, the methods further comprising steps of operating the system of any one of Examples 1B-18B.
Andere Beispiele stellen ein System, das Mittel zum Implementieren des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Beispiele aufweist, ein Computerprogramm, das zum Implementieren des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Beispiele ausgebildet ist, ein oder mehrere nichtflüchtige greifbare Medien, die eine Logik codieren, die Anweisungen zur Ausführung aufweist, die, wenn sie durch einen Prozessor ausgeführt werden, dazu funktionsfähig sind, Operationen des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Beispiele durchzuführen, und ein System, das wenigstens ein Speicherelement, das zum Speichern von computerausführbaren Anweisungen ausgebildet ist, und wenigstens einen Prozessor aufweist, der mit dem wenigstens einen Speicherelement gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, wenn er die Anweisungen ausführt, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele auszuführen, bereit.Other examples provide a system having means for implementing the method according to any one of the preceding examples, a computer program adapted to implement the method according to any one of the preceding examples, one or more non-volatile tangible media encoding a logic containing instructions for Embodiments which, when executed by a processor, are operable to perform operations of the method according to any one of the preceding examples, and a system comprising at least one memory element adapted to store computer-executable instructions and at least one processor that is coupled to the at least one memory element and configured to execute the instructions to perform the method according to any one of the preceding examples.
Variationen und ImplementierungenVariations and implementations
Es wird angemerkt, dass in dieser Beschreibung Bezugnahmen auf verschiedene Merkmale (z. B. Elemente, Strukturen, Module, Komponenten, Schritte, Vorgänge, Charakteristika usw.), die in „einer Ausführungsform“, „einem Ausführungsbeispiel“, „einer Ausführungsform“, „einer anderen Ausführungsform“, „manchen Ausführungsformen“, „verschiedenen Ausführungsformen“, „anderen Ausführungsformen“, „einer alternativen Ausführungsform“ und dergleichen enthalten sind, bedeuten sollen, dass beliebige solche Merkmale in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, möglicherweise in den gleichen Ausführungsformen kombiniert oder nicht notwendigerweise kombiniert werden können.It is noted that throughout this description, references to various features (eg, elements, structures, modules, components, steps, acts, characteristics, etc.) described in "one embodiment," "an embodiment," "one embodiment." , "Another embodiment", "some embodiments", "various embodiments", "other embodiments", "an alternative embodiment" and the like are intended to mean that any such features are included in one or more embodiments of the present disclosure, possibly combined in the same embodiments or not necessarily combined.
Bei einem Ausführungsbeispiel können Teile oder gesamte elektrische Schaltkreise der Figuren auf einer Hauptplatine einer assoziierten elektronischen Vorrichtung implementiert sein. Die Hauptplatine kann eine allgemeine Leiterplatte sein, die verschiedene Komponenten des internen elektronischen Systems der elektronischen Vorrichtung besitzen und ferner Verbinder für andere Peripheriegeräte bereitstellen kann. Spezieller kann die Hauptplatine die elektrischen Verbindungen bereitstellen, durch die andere Komponenten des Systems elektrisch kommunizieren können. Beliebige geeignete Prozessoren (einschließlich digitaler Signalprozessoren, Mikroprozessoren, Hilfschipsätze usw.), Speicherelemente usw. können geeignet mit der Hauptplatine basierend auf bestimmten Konfigurationsanforderungen, Verarbeitungsanforderungen, Computergestaltung usw. gekoppelt werden. Andere Komponenten, wie etwa ein externer Speicher, zusätzliche Sensoren, Steuerungen für eine Audio/Video-Anzeige und Peripherievorrichtungen können an der Hauptplatine als Plug-In-Karten, über Kabel angebracht werden oder in der Hauptplatine selbst integriert sein.In one embodiment, portions or entire electrical circuits of the figures may be implemented on a motherboard of an associated electronic device. The motherboard may be a general printed circuit board having various components of the internal electronic system of the electronic device and may further provide connectors for other peripheral devices. More specifically, the motherboard can provide the electrical connections through which other components of the system can communicate electrically. Any suitable processors (including digital signal processors, microprocessors, sub-chip sets, etc.), memory elements, etc. may be suitably coupled to the motherboard based on particular configuration requirements, processing requirements, computer design, and so on. Other components, such as external memory, additional sensors, audio / video display controls, and peripheral devices may be attached to the motherboard as plug-in cards, via cables, or integrated into the motherboard itself.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können Teile der oder die gesamten elektrischen Schaltkreise aus den Figuren als alleinstehende Module (z. B. einer Vorrichtung mit assoziierten Komponenten und einer Schaltungsanordnung, die zum Durchführen einer speziellen Anwendung oder Funktion ausgebildet ist) implementiert sein oder als Plug-In-Module in anwendungsspezifischer Hardware elektronischer Vorrichtungen implementiert sein. Es wird angemerkt, dass bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einfach in einem SOC-Gehäuse (SOC: System On Chip - System auf Chip), entweder teilweise oder gesamt, enthalten sein können. Ein SOC repräsentiert einen IC, der Komponenten eines Computers oder anderen elektronischen Systems in einem einzigen Chip integriert. Es kann digitale, analoge, Mischsignal- und oft Hochfrequenzfunktionen aufweisen: alle von diesen können auf einem einzigen Chipsubstrat bereitgestellt werden. Andere Ausführungsformen können ein Mehrfachchipmodul (MCM) mit mehreren separaten ICs beinhalten, die sich innerhalb eines einzigen elektronischen Gehäuses befinden und zur Interaktion miteinander durch das elektronische Gehäuse ausgebildet sind. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen können die Verstärkungsfunktionalitäten in einem oder mehreren Siliciumkernen in anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs), vor Ort programmierbaren Gate-Arrays (FPGAs) und anderen Halbleiterchips implementiert werden.In another embodiment, portions or all of the electrical circuits of the figures may be implemented as stand-alone modules (eg, a device with associated components and circuitry configured to perform a particular application or function) or as a plug-in Modules can be implemented in application-specific hardware of electronic devices. It is noted that certain embodiments of the present disclosure may be readily incorporated into a system on chip (SOC) package, either partially or entirely. An SOC represents an IC that integrates components of a computer or other electronic system into a single chip. It can have digital, analog, mixed signal and often high frequency functions: all of them can be provided on a single chip substrate. Other embodiments may include a multi-chip module (MCM) having a plurality of separate ICs located within a single electronic housing and configured to interact with each other through the electronic housing. In various other embodiments, the gain functionalities in one or more silicon cores may be implemented in application specific integrated circuits (ASICs), field programmable gate arrays (FPGAs), and other semiconductor chips.
Es ist auch zwingend notwendig, darauf hinzuweisen, dass alle der Spezifikationen, Abmessungen und Beziehungen, die hier umrissen sind (z. B. die Anzahl an Prozessoren und Speicherelementen, Logikoperationen usw.), lediglich zu beispielhaften und lehrenden Zwecken dargebracht sind. Solche Informationen können beträchtlich variiert werden, ohne von der Idee der vorliegenden Offenbarung oder dem Schutzumfang der angehängten Ansprüche abzuweichen. Die Spezifikationen gelten lediglich für ein nicht beschränkendes Beispiel und dementsprechend sollten sie als solche ausgelegt werden. Bei der vorausgehenden Beschreibung wurden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf bestimmte Prozessor- und/oder Komponentenanordnungen beschrieben. Verschiedene Modifikationen und Änderungen können an solchen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der angehängten Ansprüche abzuweichen. Die Beschreibung und Zeichnungen sind entsprechend in einem veranschaulichenden und nicht in einem beschränkenden Sinn aufzufassen.It is also imperative to note that all of the specifications, dimensions, and relationships outlined herein (eg, the number of processors and memory elements, logic operations, etc.) are provided for exemplary and instructional purposes only. Such information may be varied considerably without departing from the spirit of the present disclosure or the scope of the appended claims. The specifications are for a non-limiting example only and should be construed as such. In the foregoing description, exemplary embodiments have been described with reference to certain processor and / or component arrangements. Various modifications and changes may be made to such embodiments without departing from the scope of the appended claims. The description and drawings are accordingly to be construed in an illustrative rather than a limiting sense.
Es wird angemerkt, dass mit den zahlreichen hier bereitgestellten Beispielen Interaktionen hinsichtlich zwei, drei, vier oder mehr elektrischen Komponenten beschrieben sein können. Jedoch erfolgte dies lediglich zu Klarheits- und Beispielszwecken. Es versteht sich, dass das System auf eine beliebige geeignete Weise zusammengesetzt sein kann. Zusammen mit ähnlichen Gestaltungselementen können beliebige der veranschaulichten Komponenten, Module und Elemente der Figuren in verschiedenen möglichen Konfigurationen kombiniert werden, die alle klar innerhalb des breiten Schutzumfangs dieser Beschreibung liegen. In gewissen Fällen kann es einfacher sein, eine oder mehrere der Funktionalitäten einer gegebenen Menge von Flüssen lediglich durch Bezugnahme auf eine begrenzte Anzahl elektrischer Elemente zu beschreiben. Es versteht sich, dass Teile der oder die gesamten elektrischen Schaltkreise der Figuren und ihre Lehren leicht skalierbar sind und eine große Anzahl an Komponenten sowie kompliziertere/komplexere Anordnungen und Konfigurationen aufnehmen können. Entsprechend sollten die bereitgestellten Beispiele den Schutzumfang nicht beschränken oder die weitgehenden Lehren der Teile der oder der gesamten elektrischen Schaltkreise, wie sie möglicherweise auf eine Vielzahl anderer Architekturen angewandt werden, hemmen.It should be noted that with the numerous examples provided herein, interactions may be described in terms of two, three, four or more electrical components. However, this was done for purposes of clarity and example only. It will be understood that the system may be composed in any suitable manner. Along with similar design elements, any of the illustrated components, modules, and elements of the figures may be combined in various possible configurations, all of which are clearly within the broad scope of this description. In certain cases, it may be easier to describe one or more of the functionalities of a given set of flows merely by reference to a limited number of electrical elements. It will be understood that portions of or all of the electrical circuits of the figures and their teachings are readily scalable and capable of accommodating a large number of components as well as more complicated / complex arrangements and configurations. Accordingly, the examples provided should not limit the scope of protection or inhibit the extensive teachings of the parts or all of the electrical circuitry that may be applied to a variety of other architectures.
Zahlreiche andere Änderungen, Substitutionen, Variationen, Veränderungen und Modifikationen können von einem Fachmann ermittelt werden und es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung alle solche Änderungen, Substitutionen, Variationen, Veränderungen und Modifikationen, wie sie in den Schutzumfang der angehängten Ansprüche fallen, umschließt. Obwohl die Ansprüche in einem Einzelabhängigkeitsformat in dem Stil, der vor dem USPTO verwendet wird, präsentiert sein können, versteht es sich, dass ein beliebiger Anspruch von einem beliebigen vorhergehenden Anspruch des gleichen Typs abhängen oder damit kombiniert werden kann, außer dies ist klar technisch unausführbar.Numerous other changes, substitutions, variations, changes, and modifications may be determined by one of ordinary skill in the art, and it is intended that the present disclosure encompass all such changes, substitutions, variations, changes, and modifications as fall within the scope of the appended claims. Although the claims may be presented in a single dependency format in the style used prior to the USPTO, it should be understood that any claim may depend on or be combined with any preceding claim of the same type unless clearly technically unworkable ,
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